Logran inducir un estado similar a la hibernación mediante la estimulación del cerebro por ultrasonido
Científicos de la Universidad de Washington en St. Louis han creado un método no invasivo para inducir un estado de letargo en mamíferos. Este enfoque utiliza la estimulación cerebral por ultrasonido y presenta un amplio rango de aplicaciones, desde pacientes con condiciones de salud graves hasta astronautas en misiones espaciales.
Algunos mamíferos y aves tienen una forma inteligente de conservar la energía y el calor entrando en letargo, durante el cual la temperatura corporal y la tasa metabólica descienden para permitirles sobrevivir en condiciones ambientales potencialmente fatales —como el frío extremo o la falta de alimentos—. Y si bien se propuso una condición similar para quienes realizan vuelos al espacio en la década de 1960, inducir tal estado de manera segura sigue siendo difícil de alcanzar.
Ahora, en busca de una solución que permita el estado de hibernación en humanos, un equipo interdisciplinario liderado por Hong Chen, profesora asociada de la Universidad de Washington en St. Louis, llevó a cabo experimentos con ratones, obteniendo resultados prometedores. Mediante el uso de ultrasonido, lograron inducir un estado de letargo al estimular el área preóptica del hipotálamo en el cerebro, la cual desempeña un papel crucial en la regulación de la temperatura corporal y el metabolismo.
Además del ratón, que naturalmente entra en letargo, Chen y su equipo indujeron letargo en una rata, que no lo hace. Sus hallazgos, publicados el 25 de mayo en la revista Nature Metabolism, muestran el primer método no invasivo y seguro para inducir un estado similar al letargo al enfocarse en el sistema nervioso central.
Estimulando el hipotálamo
Chen y su equipo, incluido Yaoheng (Mack) Yang, investigador asociado postdoctoral, crearon un transductor de ultrasonido portátil para estimular las neuronas en el área preóptica del hipotálamo. Cuando fueron estimulados, los ratones mostraron una caída en la temperatura corporal de unos 3 grados centígrados durante aproximadamente una hora. Además, el metabolismo de los ratones mostró un cambio de usar carbohidratos y grasas como energía a solo grasa —una característica clave del letargo—, y su frecuencia cardíaca se redujo en aproximadamente un 47 %, todo mientras estaban a temperatura ambiente.
El equipo también descubrió que a medida que aumentaba la presión acústica y la duración del ultrasonido, también aumentaba la profundidad de la temperatura corporal más baja y el metabolismo más lento, lo que se conoce como hipotermia e hipometabolismo inducidos por ultrasonido (UIH).
«Desarrollamos un controlador automático de retroalimentación de circuito cerrado para lograr hipotermia e hipometabolismo estables y de larga duración mediante el control de la salida de ultrasonido», dijo Chen. «El controlador estableció la temperatura corporal deseada para que fuera inferior a 34 °C, lo que anteriormente se informó como crítico para el letargo natural en ratones. Esta UIH controlada por retroalimentación mantuvo la temperatura corporal del ratón a 32,95 °C durante aproximadamente 24 horas y se recuperó a la temperatura normal después de que se apagó el ultrasonido».
Para saber cómo se activan la hipotermia y el hipometabolismo inducidos por ultrasonido, el equipo estudió la dinámica de la actividad de las neuronas en el área preóptica del hipotálamo. Observaron un aumento constante en la actividad neuronal en respuesta a cada pulso de ultrasonido, que se alineó con los cambios en la temperatura corporal de los ratones.
«Estos hallazgos revelaron que la UIH fue provocada por la activación por ultrasonido de las neuronas del área preóptica del hipotálamo», afirmó Yang. «Nuestro hallazgo de que la estimulación transcraneal del área preóptica del hipotálamo fue suficiente para inducir la UIH reveló el papel fundamental de esta área en la orquestación de un estado de letargo en ratones».
Los investigadores también querían encontrar la molécula que permitiera que estas neuronas se activaran con ultrasonido. A través de la secuenciación genética, encontraron que el ultrasonido activaba el canal iónico TRPM2 en las neuronas del área preóptica del hipotálamo. En una variedad de experimentos, demostraron que TRPM2 es un canal iónico sensible al ultrasonido y contribuyó a la inducción de UIH.
Imágenes térmicas infrarrojas (arriba) y fotos (abajo) de un ratón que recibe estimulación por ultrasonido. Crédito: Y. Yang et al.
En la rata, que no entra naturalmente en letargo o hibernación, el equipo envió ultrasonido al área preóptica del hipotálamo y encontró una disminución en la temperatura de la piel, particularmente en la región del tejido adiposo marrón, así como una caída de aproximadamente 1 grado C en el núcleo de temperatura corporal, asemejándose al letargo natural.
«UIH tiene el potencial de abordar el objetivo buscado durante mucho tiempo de lograr una inducción no invasiva y segura del estado de letargo, que ha sido perseguida por la comunidad científica al menos desde la década de 1960. La estimulación por ultrasonido posee una capacidad única para llegar de forma no invasiva a regiones profundas del cerebro con alta precisión espacial y temporal en cerebros animales y humanos», concluyó Chen.
